造漿粘土的選用與質量評價

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粘土在工業和民用上有許多用途，如鑄造中的造砂型、冶金中的團礦等都需要一定質量的粘土。鉆井泥漿是粘土在水中的分散體系，從鉆井工程的工藝要求出發，需要采用較為優質的膨潤土造漿，即需要選用以含蒙脫石為主的鈉膨潤土為造漿材料。

國內外富含蒙脫石的大型優質膨潤土礦有不少，如我國的新疆夏子街、山東高陽、遼寧黑山、浙江余杭，美國的懷俄明以及南澳大利亞等地都有高純度的大型膨潤土礦床。泥漿公司和粘土粉生產廠家從這些地方采取粘土礦原料，做適當的加工，形成造漿粘土的正規產品。

自然界中的粘土廣泛存在。許多情況下，鉆進現場及其附近就有或多或少含蒙脫石的粘土。如果鉆井對泥漿性能要求不是很高，完全可以就地取土配制泥漿，并通過添加處理劑來改善泥漿性能。當然，一些蒙脫石含量很少或雜質很多的劣質土是不可取的，因為這些土難以造漿。

如果鉆井通過的地層本身就富含造漿粘土，那么就可以利用地層造漿，即先用一定量的清水作為鉆井液，清水在井內自動水化分散被鉆頭破碎下來的粘土形成泥漿，直接循環使用。

無論是就地取土、地層造漿還是購買正規粘土粉產品，都存在判別粘土是否適于造漿或檢驗粘土造漿質量的問題。對此，應該采用科學的鑒定和評價。

（一）粘土礦物的鑒定

粘土礦物的鑒定是確定粘土礦物的種類，檢查其是否屬于以蒙脫石為主的膨潤土。由于粘土礦物的粒級一般在幾微米以下，因此鑒定的方法主要有兩大類型：

（1）礦物鑒定方法：差熱分析和失重分析法、X衍射法、紅外光譜法、化學分析法、電子掃描顯微鏡法；

（2）物化性能測定法：吸蘭量試驗、膨脹試驗、膠質價試驗、pH值試驗、陽離子交換容量測定。

這些方法屬于化學分析和儀器分析范圍，它們的工作原理和操作規范可參閱相關專業書籍。以差熱分析方法為例。粘土礦物在加熱時會失去水分，質量減輕。一般粘土礦物中含有三種水：自由水、吸附水和晶格水(粘土礦物結晶構造中的一部分水，一般溫度升高到300℃以上才能失去)。通過對粘土礦物加熱時所發生變化的分析，不僅能夠說明因脫水和結晶構造所引起的吸熱反應的特征，還能指示溫度升高時因形成新的物象所引起的放熱反應。差熱分析的結果以熱效應對爐溫的連續曲線的形式繪出。曲線中的波谷表示吸熱反應，波峰則表是放熱反應。曲線離基線的偏差反映試樣溫度與爐溫之差，是熱效應強度的量度。幾種粘土礦物的差熱曲線如圖11－5所示。

圖11-5 三種粘土礦物的差熱曲線

高嶺石在400～500℃開始失去結晶水，表現強烈、尖銳的吸熱谷，這時，高嶺石結構破壞形成非結晶質的偏高嶺石。950～1050℃時有一放熱峰，這是由于偏高嶺石重結晶所產生的。

伊利石在100～200℃吸附水逸出，呈寬緩的吸熱谷。550～650℃排出結晶水呈現較寬的吸熱谷。850～950℃繼續排出結晶水，晶格破壞，有一較弱的吸熱線。900～1000℃有一明顯的放熱峰。

蒙脫石友三個特征吸熱谷和一個放熱峰；第一吸熱谷在100～300℃指尖，是逸出吸附水的反應，因相對濕度和層間可交換性陽離子不同，可表現為單股、雙谷或三谷。550～750℃為第二吸熱谷，是排出結晶水的反應，平緩且寬。900～1000℃出現第三吸熱谷，晶體結構破壞，緊接者出現一個放熱峰，表是礦物重結晶形成尖晶石和石英等。

（二）造漿粘土的評價

綜合國內外對膨潤土的研究成果，評價造漿膨潤土優劣的測試項目包括：（1）蒙脫石含量；（2）膠質價和膨脹倍數；（3）陽離子交換容量、鹽基總量和鹽基分量；（4）可溶性鹽含量；（5）造漿率；（6）流變特性和失水特性。

對造漿粘土的評價方法之一是按照造漿性能要求確定粘土的造漿率。所謂造漿率是指：配得表觀粘度為15×10-3Pa?s的泥漿時，每噸粘土造漿的立方數，計量單位為m3/t。它直接表示泥漿造漿效率的高低，

以此評價泥漿的宏觀性能。造漿率的具體測定規范是：在定量的蒸餾水中加入定量的膨潤土粉，經攪拌后密封靜止24小時，使之充分預水化，然后攪拌，用直讀式旋轉粘度計測600轉時的讀數，當讀數為30即對應表觀粘度15w10-3Pa?s時，依加土量計算造漿率： (11-1)

式中： B --造漿率，m3/t；Vw --水的體積，ml；Ws --土的重量，g；Ms --土的比重，g/cm3。

顯然，一次性定量配出的被測泥漿不可能正好為ηA=15w10-3Pa?s，因此應該預估水、土加量范圍，配制2～3種不同水、土比的泥漿，分別測定它們的ηA值，然后用兩點或三點連線法插值或順延出造漿率值。

測定造漿率之前，對被測粘土的加工處理應該按照統一要求進行，使粘土的細度、水分含量、含砂量等指標處于標準范圍，以保證造漿率測定的準確性。

應該指出，表觀粘度雖然比較重要地反映了泥漿的性能，但是并不能唯一表明泥漿性能，更嚴格的造漿率指標還應該結合泥漿的失水量、屈服值、塑性粘度等指標來進行評價。 國外造漿用商品膨潤土的質量標準，主要是API標準即美國石油協會標準，此外，還有原來的OCMA（石油公司材料協會）標準、日本的JBAS標準和前蘇聯標準等（見表11-3）。我國目前采用國際上通用的API標準作為商品膨潤土的質量標準。若將表觀粘度與失水量、屈服值、塑性粘度、漏斗粘度等結合起來衡量，能更加符合鉆井實際來準確地反映膨潤土的本質特征。 訂制者 質量標準指標

對被測土的技術要求 泥漿達到的性能指標 造漿率(m3/t)

水分含量(%) 200目篩余量(%) API失水(%) 屈服值(0.478Pa) 漏斗粘度(s)

API標準

標簽：粘土什么樣適用